TÜRKİYE’NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ POTANSİYELİNİN TERMODİNAMİK ANALİZ YÖNTEMİ İLE İNCELENEREK, YENİLENEBİLİR ENERJİ KULLANIMININ GELECEK PROJEKSİYONLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

İSTANBUL AYDIN ÜNİVERSİTESİ

FEN B

İLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MAK

İNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BİLİM DALI

TÜRKİYE’NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ POTANSİYELİNİN

TERMODİNAMİK ANALİZ YÖNTEMİ İLE İNCELENEREK,

YENİLENEBİLİR ENERJİ KULLANIMININ GELECEK

PROJEKSİYONLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

YÜKSEK L

İSANS TEZİ

Haz

ırlayan

Mutlu ERDOĞAN

Tez Dan

ışmanı

Doç.Dr. Zafer UTLU

FEN B

İLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MAK

İNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BİLİM DALI

TÜRKİYE’NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ POTANSİYELİNİN

TERMODİNAMİK ANALİZ YÖNTEMİ İLE İNCELENEREK,

YENİLENEBİLİR ENERJİ KULLANIMININ GELECEK

PROJEKSİYONLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

YÜKSEK L

İSANS TEZİ

Haz

ırlayan

Mutlu ERDOĞAN

Tez Dan

ışmanı

Doç.Dr. Zafer UTLU

ÖN SÖZ

Yaşadığımız dünyada üretim, tüketim, konfor ve sürdürülebilir kalkınmanın için enerji en önemli bileşen haline gelmiştir. Her alanda yaygın olarak kullanılmaya devam eden fosil kaynakları tükenecek olması ve artan nüfusla birlikte enerji talebindeki artışlar nedeniyle dünyamızda mevcut yenilenebilir enerji kaynaklarının ortaya çıkartılması ve kullanıma sunulması gerekmektedir. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından yapılan çalışmalar,günümüzde uygulananenerji politikaları ve enerji arzının devam etmesi durumunda dünya birincil enerji talebinin 2030 yılına kadar%40 oranında artacağı beklenmekte ve bu yüzden enerji kaynaklarının çeşitliğinin artırılması büyük önem taşımaktadır.

Günümüzde ayrıca son derece önemli olan dünyadaki enerji kaynaklarının etkin bir şekilde kullanılmasıda en öncelikli konuların başında yer almaktadır.Bu bakımdan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının arttırılması ve verimliliği üzerine daha fazla çalışmaların yapılması enerji gereksinimlerinin karşılanması için son derece önem arz etmektedir. Bu yaptığım çalışmamın temel amacı yenilenebilir enerji kaynaklarının Türkiye’de kullanımının termodinamik olarak analiz edilmesi ve çıkan sonuçların değerlendirilmesi olacaktır.

Yukarıda bahsettiğim konular ışığında hazırlamış olduğum tezimindeve yüksek lisans eğitimim boyunca bilgisi ve tecrübesi ile çalışmalarıma en büyük desteği sağlayan değerli hocam Doç.Dr. Zafer UTLU’ya, tez çalışmalarım sırasında yardımlarını esirgemeyen değerli mesai arkadaşlarıma,eğitimin boyunca her zaman bana destek olananneme, babama,eşim Dr. Fatma ERDOĞAN ve biricik kızım Ela’ya sonsuz şükran ve teşekkürlerimi sunarım.

İSTANBUL-2014 Mutlu ERDOĞAN

İÇİNDEKİLER

ÖN SÖZ ... i

İÇİNDEKİLER ... ii

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... viii

SEMBOLLER. ... viii YUNAN HARFLERİ... x İNDİSLER ... xi TABLOLAR DİZİNİ ... xii ŞEKİLLER DİZİNİ ... xiv GRAFİKLER DİZİNİ ... xv GİRİŞ ... 1 BİRİNCİ BÖLÜM ... 5 LİTERATÜR TARAMASI ... 5 İKİNCİ BÖLÜM ... 12

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ... 12

2.1.YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ TANIMI ... 12

2.1.1. Yenilenebilir Enerjinin Önemi ... 12

2.1.2. Küresel İklim Değişikliği ve Çevresel Etkiler ... 12

2.2.YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ÇEŞİTLERİ ... 13

2.2.1. Rüzgâr Enerjisi ... 13

2.2.1.1. Rüzgâr Enerjisine İlişkin Genel Açıklama ... 13

2.2.1.2 Rüzgâr Enerjisi Teknolojileri ... 14

2.2.1.3. Dünya Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli ve Kullanımı ... 15

2.2.1.4. Dünya Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli... 15

2.2.2. Güneş Enerjisi ... 16

2.2.2.1. Güneş Enerjisi Teknolojileri ... 17

2.2.2.2. Güneş Enerjisi Isı Teknolojisi ... 17

2.2.2.3. Güneş Enerjisi Elektrik Teknolojisi ... 20

2.2.3. Hidrolik Enerji ... 22

2.2.3.2. Türkiye’de Hidroelektrik Enerjinin Tarihsel Gelişimi ... 22

2.2.3.3. Tanımlanması ve Sınıflandırılması ... 24

2.2.3.4. Olumlu ve Olumsuz Yönleri ... 24

2.2.4. Biokütle Enerjisi ... 26

2.2.4.1. Biokütle Enerjisine İlişkin Genel Açıklama ... 27

2.2.4.2. Biokütle Yetiştiriciliği ... 28

2.2.4.3. Biokütle Teknolojileri ... 28

2.2.4.4. Biyoenerji Teknolojisi ... 28

2.2.4.5. Biyoyakıt Teknolojisi ... 30

2.2.4.6. Dünya Biokütle Enerji Kullanımı ... 32

2.2.5. Jeotermal Enerji ... 33

2.2.5.1. Jeotermal Enerjinin Tanımı ve Tarihi ... 33

2.2.5.2.Jeotermal Enerji Kaynağının Mevcut Uygulama Yöntemler .... 36

2.2.6. Dalga Enerjisi ... 37

2.2.6.1. Dalga Enerjisi İle Elektrik Üretimi... 38

2.2.6.2. Deniz Dalgasının Enerjiye Dönüştürülmesi ... 38

ÜÇÜNCÜ BÖLÜM ... 41

TÜRKİYE’NİN ENERJİ KULLANIM ... 41

3.1 ENERJİ KAVRAMI VE TÜRKİYE’NİN ENERJİ KAYNAKLARI ... 41

3.1.1. Enerji Kavramı ... 41

3.1.2. Enerji Kaynakları ... 42

3.1.2.1. Birincil Enerji Kaynakları ... 42

3.1.2.2. İkincil Enerji Kaynakları ... 44

3.2. TÜRKİYE’NİN FOSİL ENERJİ KAYNAKLARI ... 44

3.2.1. Kömür ... 45

3.2.1.1 Türkiye Kömür Üretimi ve Tüketimi... 48

3.2.2. Petrol ... 49

3.2.3. Doğal Gaz ... 51

3.3. TÜRKİYE’NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ... 52

3.3.1. Rüzgâr Enerjisi ... 53

3.3.2. Güneş Enerjisi ... 55

3.3.3.1 Türkiye’nin Hidrolik Enerjisi Potansiyeli ... 59

3.3.4. Jeotermal Enerjisi ... 60

3.3.5. Biomass Enerjisi ... 62

3.3.6. Dalga Enerjisi ... 64

3.4. TÜRKİYE’NİN ENERJİ DURUMUNA GENEL BAKIŞ ... 66

3.5. TÜRKİYE’NİN ENERJİ TALEBİNDEKİ GELİŞMELER ... 68

3.5.1. Türkiye’nin Enerji Sektörünün Yapısını Belirleyen Temel Veriler ... 71

3.5.2 Türkiye Enerji Sektörü ile İlgili TemelTespitler ... 72

3.5.3. Enerji Talebi, Üretimi ve İthalatı ... 73

3.5.4. Elektrik Üretim-Tüketim Durumu... 73

DÖRDÜNCÜ BÖLÜM ... 76

TÜRKİYE’NİN ENERJİ KAYNAKLARININ ENERJİ VE EKSERJİ KULLANIM VERİMLİLİKLERİNİN ANALİZİ... 76

4.1. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Dünya’da Kullanımı ... 77

4.2. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Türkiye’de Kullanımı... 78

4.3. TÜRKİYE’NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ENERJİ KULLANIMININ DEĞERLENDİRİLMESİ ... 80

4.3.1. Çevrim ve Enerji Sektörü ... 80

4.3.2. Konut ve Hizmetler Sektörler ... 84

4.3.3. Alan Isıtma ... 85

4.3.4. Su Isıtma ... 86

4.3.5. Mutfak Kullanımı ... 86

4.3.6.Sanayi ve Ulaştırma ... 90

4.4. TÜRKİYE’NİN ENERJİ GÖRÜNÜMÜNÜN GELECEK PROJEKSİYONLARI ... 90

BEŞİNCİ BÖLÜM ... 94

TERMODİNAMİK ANALİZ (FORMULASYONLAR) ... 94

5.1. GENEL TERMODİNAMİK KAVRAMLAR ... 94

5.1.1. Sistem (Termodinamik Sistem) ... 94

5.1.2. Çevre ... 94

5.1.4. Isı... 94 5.1.5. İş... 95 5.2. ENERJİNİN BİÇİMLERİ ... 95 5.2.1. Potansiyel Enerji ... 95 5.2.2. Kinetik Enerji ... 96 5.2.3. İç Enerji ... 96

5.2.4. Sistemin Toplam Enerjisi ... 96

5.3. ISIL DENGE ... 97

5.4. TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI ... 97

5.4.1. Kapalı Sistemler (Kontrol Kütlesi) İçin Termodinamiğin Birinci Yasası ... 97

5.5. TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI ... 98

5.5.1. Isı Makinesinin Verimi ... 98

5.5.2. Tersinir Hal Değişimi ... 98

5.5.3. İçten Tersinir Hal Değişimleri ... 99

5.5.4. İçten Tersinir Adyabatik (İzantropik) Hal Değişimleri ... 99

5.5.5. Tersinmez Hal Değişimleri ... 99

5.5.6. Carnot Çevrimi ... 99

5.5.7. Ters Carnot Çevrimi ... 99

5.6. ENTROPİ ... 100

5.6.1. Entropinin Artışı İlkesi ... 101

5.6.1.1. Kapalı Sistemler (Kontrol Kütlesi) İçin Entropinin Artışı İlkesi ... 101

5.6.2. Entropi Transferi ... 102

5.6.2.1. Isı Yolu İle Entropi Transferi ... 102

5.6.2.2. İş İle Entropi Transferi ... 102

5.6.2.3. Kütle Akışı İle Entropi Transferi ... 102

5.6.2.4. Entropi Dengesi ... 102

5.6.3. Açık Sistemler (Kontrol Hacmi) İçin Entropi Dengesi ... 102

5.7. EKSERJİ (KULLANILANILIRLIK) ... 103

5.7.1. Ölü Hal ... 103

5.7.3. Tersinir İş ... 103

5.7.4. Fiziksel Ekserji ... 104

5.7.5. Kimyasal Ekserji ... 104

5.7.6. Ekserji Transferi... 104

5.7.6.1. Isıİle Ekserji Transferi ... 104

5.7.6.2. İş İle Ekserji Transferi ... 105

5.7.6.3. Kütle ile Ekserji Transferi ... 105

5.7.7. Ekserji Yıkımı ... 105

5.7.8. Ekserji Dengesi ... 105

5.8. ENERJİ VE EKSERJİ MODELLENMESİ ... 106

5.8.1. Genel İlişkiler ... 106

5.8.1.1 Kütle, Enerji, Entropi ve Ekserji Dengeleri ... 106

5.8.1.2 Eksergetik Gelişme Potansiyeli ... 108

5.8.1.3 Termodinamik Parametreler ... 109

5.8.2. İkinci Kanun Verimi ... 109

ALTINCI BÖLÜM ... 111

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ TERMODİNAMİK ANALİZİ ... 111

6.1. RÜZGÂR ENERJİSİ ANALİZİ ... 111

6.1.1. Enerji Analizi ... 111

6.1.2. Ekserji Analizi ... 113

6.1.3. Enerji ve Ekserji Verimlilikleri ... 114

6.1.4. Termodinamik Analizi Hesaplamaları ... 115

6.2. GÜNEŞ ENERJİSİNİN ANALİZİ ... 116

6.2.1 Güneş Enerjisi Analizi ... 116

6.2.2. Güneş Enerjili Su Isıtıcısı Sistemleri ... 117

6.2.3 Enerji Analizi ... 118

6.2.4 Ekseji Analizi ... 119

6.2.5. Termodinamik Analizi Hesaplamaları ... 120

6.3. JEOTERMAL ENERJİ ANALİZİ ... 121

6.3.1. Enerji Analizi ... 121

6.3.3. Termodinamik Analizi Hesaplamaları ... 124

YEDİNCİ BÖLÜM ... 126

PROJEKSİYONLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ ... 126

SONUÇ ... 131

KAYNAKÇA ... 133

TÜRKÇE ÖZET SAYFASI ... 137

0

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ SEMBOLLER

A: Alan, m2

c: Özgül ısı,kJ/(kg·K)

cp: Sabit basınçta özgül ısı,kJ/(kg·K)

cv: Sabithacimde özgül ısı,kJ/(kg·K)

e: Birim kütle için sistemin toplam enerjisi(Özgül enerji), kJ/kg E: Sistemintoplam enerjisi, kJ

Ėx:Ekserji,kJ

Ėxyıkım :Ekserji yıkımı, kJ

h: Özgül entalpi,kJ/kg H: Toplam entalpi, kJ

h :Bileşiğin mükemmel gaz varsayımıyla, belirtilensıcaklıkdurumundaki entalpi değeri, kJ/kmol

h f: Kimyasal bileşiğin 25 ˚C sıcaklık ve 1 atm basınçta formasyon entalpisi,

kJ/kmol,

ho:Bileşiğin mükemmel gaz varsayımıyla, referans durumdaki (25 ˚C) entalpi

değeri, kJ/kmol

i:Birimkütle başınatersinmezlik(Özgültersinmezlik),kJ/kg І: Toplamtersinmezlik, kJ

ke: Birim kütle için kinetik enerji(Özgül kinetik enerji), kJ/kg KE: Toplam kinetik enerji, kJ

m: Kütle,kg

ṁ: Kütledebisi, kg/s M: Mol kütlesi, kg/kmol n: Mol miktarı, kmol P: Basınç, kPa

P0: Çevre basıncı,kPa

Pi : Kısmibasınç, kPa

PE: Toplampotansiyel enerji, kJ q :Birimkütleiçin ısı geçişi,kJ/kg

Q

Q

s: Özgül entropi, kJ/(kg·K)

süretim: Özgül entropi üretimi, kJ/(kg·K)

S: Toplamentropi, kJ/K

Süretim: Toplamentropi üretimi,kJ/K

T:Sıcaklık, ˚C veya K

T0:Çevre sıcaklığı,˚C veya K

Tb: Yüksek sıcaklıktaki ısıl enerji deposunun(cismin,kaynağın) sıcaklığı, K

TL:Düşüksıcaklıktakiısılenerjideposunun(cismin,kuyunun)sıcaklığı,K

u: Özgül iç enerji, kJ/kg U: Toplamiç enerji, kJ v: Özgül hacim, m3/kg V: Toplamhacim, m3

w:Sisteminbirim kütlesiiçin yapılaniş,kJ/kg W:Toplamiş,kJ

YUNAN HARFLERİ ∆: Miktarda sonlu değişim

∆E: Sistemdeki toplam enerji değişimi, kJ δH : Taşınan entalpi miktarı, kj/kg

∆S: Bir hal değişimi sırasında entropinin değişimi, kJ/K η: Birinci yasa verimi, Enerji verimi

ε: İkinci yasa verimi, Ekserji verimi ρ: Havanın yoğunluğu, kg/m3

φ: Yakıtın kimyasal ekserji faktörü

İNDİSLER a: Hava

b: Deneye ait başlangıç sıcaklığı

s: Deney süresi sonunda ulaşılan su sıcaklığı fiz : Fiziksel

kim : Kimyasal i: İç

o: Dış

H: Yüksek sıcaklıktaki enerji deposu L: Düşük sıcaklıktaki enerji deposu 1: Başlangıç veya giriş hali

TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 1: Dünyanın hidroelektrik enerji potansiyeli Tablo 2: Enerji Kaynaklarının Sınıflandırılması Tablo 3: Türkiye’nin Birincil Enerji Talebi

Tablo 4: Uluslararası Genel Kömür Sınıflaması Tablo 5:2012 Yılı Kömür Sahalarına Ait Rezervler Tablo 6:Türkiye’nin Linyit Rezervleri

Tablo 7:2005-2012 Yılları Arasında Rezerv Artışı Olan Bölgeler Tablo 8: 2007-2012 Yılları Doğal Gaz Üretim Miktarları (milyon Sm3) Tablo 9: Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Potansiyeli (MtEP)

Tablo 10:Türkiye’nin Toplam Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli (50 metre) Tablo 11:Türkiye’de Bölgelere Göre Güneş Enerjisi Potansiyeli

Tablo 12: Türkiye’nin Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Aylara Göre Güneşlen Süreleri

Tablo 13:Hidroelektrik Üretiminin Elektrik Üretimi İçinde Payı(GWh) Tablo 14:İşletmedeki HES’ler, 2012

Tablo 15:Sahaların Elektrik Üretim Kapasiteleri ( Trez>140 oC) Tablo 16: Bölgesel Ortalama Dalga Yoğunluğu

Tablo 17: Türkiye’nin Elektrik Üretim Değerleri (Milyar kWh)

Tablo 18: 2012 Yılı Eylül Ayı Sonu İtibarı İle Kurulu Gücün Birincil Enerji Kaynaklarına Göre Dağılımı (MW-%)

Tablo 19: Kişi Başına Yıllık Elektrik Enerjisi Tüketimi 2012 Tablo 20: Elektrik Üretim-Tüketim Durumu

Tablo 21: 2012 Yılı Elektrik Enerjisi Genel Görünümü

Tablo 22: Türkiye’de Günümüzde ve Gelecekte Toplam Enerji

Tablo 23: Nüfus, Yenilenebilir Enerji ve Ekserji Üretimi ve Tüketimi Değerleri 2012

Tablo 25:Türkiye’nin Yenilenebilir ve Toplam Enerji Kaynaklarının Enerji ve Ekserji Üretim Değerleri 2012.

Tablo 26: 2012 Yılı Türkiye’nin Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Sektörlere Göre Kullanım Değerleri.

Tablo 27: Yenilenebilir Enerji ve Ekserjinin 2012 Yılı İçin Elektrik Üretiminde Kullanımı

Tablo 28:2023 Yılı Yenilenebilir Enerji ve Ekserji Üretimi ve Tüketim Değerleri Tablo 29: Türkiye’nin toplam enerji ve yenilenebilir enerjisinin 2012 yılındaki ekserji verimlilikleri

Tablo 30: 2023 Yılı Yenilenebilir Enerji ve Ekserji Üretimi ve Tüketim Değerleri

Tablo 31: Türkiye’nin 2023 yılı Enerji ve Ekserji üretim ve tüketim değerleri Tablo 32: Türkiye’nin Yenilenebilir ve Toplam Enerji Kaynaklarının Enerji ve Ekserji Üretim Değerleri 2023.

Tablo 33: Güç-Rüzgâr Hızı

Tablo 34: Rüzgâr Enerjisi Verimlilik Tablosu Tablo 35: Güneş Kolektörü Ölçüleri

Tablo 36: Güneş Enerjisi Verimlilik Tablosu Tablo 37: Jeotermal Enerjisi Verimlilik Tablosu

Tablo 38: Türkiye’nin Öngörülen Gelecek Projeksiyonları Tablo 39: Türkiye’nin Enerji Analizi

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1:Farklı Tipteki Güneş Enerjisi Isı ve Elektrik Sistemleri Şekil 2: Yerkabuğu içerisindeki derinlik-sıcaklık eğrisi

Şekil 3: Yerkürenin iç kısımları

Şekil 4: Gelişmiş Jeotermal Sistemler Şekil 5: Dalga enerjisi sistemleri

Şekil 6: Dalga enerjisi için mevcut ve işlemler Şekil 7: Türkiye’nin Kömür Havzaları 2009

Şekil 8: Türkiye geneli 50 m yükseklikteki ortalama yıllık rüzgâr hızları dağılımı

Şekil 9:Türkiye’nin Güneş Atlası

Şekil 10: Türkiye’nin Hidrolik Havzaları Şekil 11: En Düşük Dalga Enerji Seviyeleri Şekil 12:En Yüksek Dalga Enerji Seviyeleri Şekil 13: Dünya Enerji Üretimi Yoğunluk Haritası Şekil 14: Carnot çevriminin P-V diyagramı

Şekil 15: Ters Carnot çevriminin P-V diyagramı Şekil 16:Rüzgâr Türbini Kesiti

Şekil 17: Rüzgâr türbininde hava akışı

Şekil 18: ENERCON E-82 E2 / 2,000 kW Rüzgâr Türbini Şekil 19: Güneş Kolektörü

Şekil 20: Güneş Kolektörü Akış Şeması Şekil 21: Tuzla Jeotermal Güç Santrali

GRAFİKLER DİZİNİ

Grafik 1:2012 Yılı Kaynak Ülkeler Bazında Türkiye’nin Doğal Gaz İthalatı Grafik 2: Türkiye rüzgâr enerji santrallerinin kurulu güçü (MW)

Grafik 3: Türkiye rüzgâr enerji santrallerinin kurulu güç bakımından yıllara göre birikmiş dağılımı (MW)

Grafik 4: 2012 Elektrik Enerjisi Üretiminin Birincil Enerji Kaynaklarına Göre Dağılımı (%)

Grafik 5: Dünya Birincil Enerji Tüketimi Kaynaklar Bazında (%)

Grafik 6: 2012 Yılı Sonu İtibariyle Kurulu Gücün Kaynak Bazında Dağılımı Grafik 7: 2012 Yılı Elektrik Üretiminin Kaynaklara Göre Dağılımı

Grafik 8: Türkiye’nin 2013 yılı projeksiyonu için Enerji Talebi Grafik9: Güç-Hız grafiği

GİRİŞ

Enerji ülkelerin sosyal zenginliği ve ekonomik gelişimi için önemli bir faktördür. Modern toplulukların var olabilmesi için enerjinin mutlaka kullanılması gereklidir. Günümüzde bir ulusun gelişmişlik düzeyi kişi başına tüketilen enerji miktarına göre değerlendirilir. Ekonomik gelişmeler ve toplumun ilerlemesi daha fazla enerji gereksinimi ihtiyaç duymasına rağmen fosil kaynaklı enerji kaynakları yakın gelecekte tükenecektir ve bu kaynaklar aynı zamanda çevremizi kirletmektedir [1]. Sınırlı olan fosil enerji kaynakları dünya enerji ihtiyacının önemli bir kısmını karşılamasına rağmen çevreye verdikleri zarar ve gelecek nesillerin enerji ihtiyaçları göz önüne alındığında yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha da artmıştır[2].Bu yüzden yenilenebilir enerji kaynakları, örneğin güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidroelektrik, biokütle ve jeotermal küresel enerji gereksinimini karşılayacak sürdürülebilir bir yoldur. Bu enerji kaynaklarının en büyük avantajı ilk, yerel, temiz ve aynı zamanda tükenmez enerji kaynakları olmasıdır [1].

Günümüzde büyük ekonomik gelişme ve hızla artan yaşam kalitesi sonucu olarak Türkiye’de enerji sektörünün her alanında hızlı bir talep artışı olduğu gözlemlenmektedir. Türkiye, gelişmekteolan ülkeler içerisinde enerji talep en hızlı arttığı ülke durumundadır” [3].

Ekonomik ve sosyal kalkınmanın sürdürülebilir olması için enerji, ekonominin en önemli unsuru olma özelliğini korumaktadır. Enerjide ithalat bağımlılık oranının yüzde 72 seviyesinde olduğu ülkemizde petrol ve doğalgazın neredeyse tümü, kömürün ise beşte biri ithal edilmektedir [3].

Türkiye’de enerji ihtiyacınıyeterli bir şekilde karşılamak için oldukça sınırlı olan doğal kaynaklarımızı doğruolarak kullanmaya, yeni geliştirilen teknolojilerle enerji sağlamada çeşitlendirmeye ve mevcut teknolojilerin verimliliğini arttırmaya, alternatif enerji kaynaklarını değerlendirmeye yönelik çalışmalara büyük bir önem verilmektedir. Ayrıca, enerji arz güvenliğimizin

sağlanmasında toplumda enerji verimliliği bilincinin yerleştirilmesine ve geliştirilmesine de özel bir önem verilmektedir [3].

Petrol ve kömür gibi doğada sınırlı miktarda bulunan fosil yakıtlar hızla tükenmektedir. Aynı zamanda küresel ısınma ve iklim değişikliği, fosil enerji kaynaklarının kullanımının azaltılmasını zorunlu kılmakta ve sürekli artan enerji talebini karşılayabilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve enerji verimliliğine yönelik çabaları arttırmak gerekmektedir.

Dünyada ve Türkiye’de enerjiye talebin artması ve gelecekte hızla devam edecek olması birçok kurum enerji ihtiyaçlarının gelecekleri hakkında çalışma yapmasına neden olmaktadır. Bugünkü enerji ihtiyacı ile kıyaslandığında 2030 yılında enerji tüketiminin dünyada %60 ve Türkiye’de ise %100’den daha yüksek oranda artması beklenmektedir. Dünyada ve Türkiye’de nüfusun benzer olarak %1 oranında artması beklenmektedir. Artan nüfusun yanı sıra, dünyada gelişen ve büyüyen ekonomilerden gelen talep ve ülkemizde ise esas olarak şehirleşme ve sanayileşmeden kaynaklanan talep, söz konusu artışların temel nedenleri arasındadır.

Gelişmekte olan Türkiye’nin bir yandan nüfusu artarken diğer yandan da giderek enerjiye bağlı olarak yaşam kalitesi artmaktadır. Enerji kaynaklarımızı çeşitlendirmek ve kaynak teminikonusunda mümkün olduğunca dışa bağımlılığımızı minimizeetmek bakımından yenilenebilir enerji kaynaklarımızınkullanım oranlarının artırılması oldukça önemlidir.Ülkemizde birçok yenilenebilir enerji kaynağı mevcuttur ve bu yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretiminde çok daha fazla ve etkin olarak kullanılmalıdır [4].

Hidrolik, rüzgâr, güneş, jeotermal, biyokütle, biyogaz, dalga,yenilenebilir kaynaklardan üretilenve dünya var oldukça kendisiniyenileyen yani tükenmeyen enerji kaynaklarındandır.Yenilenebilir enerji kaynaklarıyeryüzündeçok geniş alanlardabulunabilmektedir. Etkili

olarak kullanılmasıdurumunda talep edilen miktarda enerjiihtiyacını karşılayabilecek şekilde kullanılabilir [1].

Yenileneniler enerji kaynaklarının enerji üretiminde daha fazla rol oynaması ile hem daha temiz bir çevreye hem de daha az dışa bağımlılık sağlayacaktır. Türkiye’de mevcut olan yenilenebilir enerji kaynakları enerji üretimi sistemine bu bakımdan daha fazla dahil edilmelidir. Bu yapılırken kaynakların en etkin kullanılması yönünde yöntemler geliştirilerek atıl tesisler kurulmasından kaçınılmalıdır. Bu bakımdan yenilenebilir enerji kaynaklarımızın analizleri yapılmalı ve tesislerimizin de bu analizler çerçevesinde işletilmelidir.Yenilenebilir enerji kaynaklarının varlığı ne kadar önemliyse bu kaynakların kullanılması da aynı derecede önem taşımaktadır.

Bu çalışmanın temelamacı; Türkiye’nin yenilenebilir enerji kaynaklarının termodinamik analizinin yapılarak kullanılabilirliğindoğru tespit edilmesidir. Ayrıca geleceğe yönelik projeksiyonlar belirlenecektir.

Birinci bölümde tezimin hazırlanmasında kaynak olarak kullanılan çalışmaların taraması yer almaktadır.

İkinci bölümünde yenilenebilir enerji kaynaklarının ne demek olduğu ile başlayarak önemi ve etkileri ile devam etmektedir. Yine aynı bölümde yenilenebilir enerji olarak kabul edilen enerji kaynaklarından rüzgar, güneş, hidrolik enerji, biyokütle, jeotermal ve dalga enerjisi hakkında bilgiler sunulmuştur.

Üçüncü bölümde Türkiye’nin enerji kullanımı incelenmiştir. Bu incelemeye enerji tanımı, enerji kaynakları, birincil ve ikincil enerji kaynaklarının açıklamaları ile giriş yapılmıştır. Devamında Türkiye’nin fosil ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımları incelenmiştir. Bu kaynakların kullanım oranları ve mevcut durumlarından bahsedilmiştir. Türkiye’nin genel enerji durumu incelenerek Türkiye’nin enerji talebindeki gelişmelere yer

verilmiştir. Türkiye’de enerji kullanımı tüm sektörlere göre veriler ışığında gösterilmiş enerji tüketimi ve üretimi durumu anlatılmıştır.

Dördüncü bölümde temel olarak kullanılacak termodinamik analiz yöntemlerine geçilmiştir. Genel termodinamik kavramlar ile birlikte enerji biçimleri, termik denge, termodinamiğin birinci ve ikinci kanunları hakkında bilgiler verilmiştir. Entropi ve ekserji konularına değinilerek enerji ve ekserji modellenmesi formüllerle desteklenerek anlatılmıştır.

Beşinci bölümde termodinamik analiz yöntemlerine göre yenilenebilir enerji kaynaklarının analizine geçilmiştir. İlk olarak rüzgâr enerjisinin termodinamik analizi yapılmıştır. Daha sonra güneş ve jeotermal enerjinin analizi yapılmıştır. Bu analizlerde her bir kaynak için Türkiye’den birer örnek tesis seçilmiştir.Analizde gerekli olan veriler toparlanarak (dış ortam sıcaklığı, ışınım şiddeti, rüzgâr hızı vb.) enerji ve ekserji verimlilikleri bu örnek olarak seçilen tesisler için elde edilmiştir.

Altıncı bölümde, geride kalan bölümler ışığında yenilenebilir enerji ile ilgili gelecek projeksiyonlar değerlendirilmiştir. Türkiye için gelecekte enerji gereksinimleri göz önünde bulundurularak en uygun yatırımlarının neler olacağına dair projeksiyonlar tespit edilmiştir.

Sonuç bölümünde ise yapılan çalışmalardan elde edilen çıktılar irdelenmiştir.

BİRİNCİ BÖLÜM LİTERATÜR TARAMASI

Bayram KILIÇ tarafından 2008 yılında yapılan çalışmada [5]; yenilenebilir enerji ile ilgili temel bilgiler verildikten sonra termodinamik analizin ayrıntılı bir şekilde irdelenmiştir. Termodinamik analiz yöntemi formüllerle desteklenmiştir. Aynı çalışmada güneş enerji sistemlerinden fotovoltik sistemin dizaynının yapılışı ve bu dizayn yapılırken bölgede güneş enerjisi ile ilgili Türkiye’nin sahip olduğu potansiyel çeşitli tablolarla desteklenerek anlatılmıştır. Bu çalışmada Mardin iline ait veriler kullanılarak rüzgâr ve güneş enerjisinin durumu değerlendirmesi bu bölge için yapılmıştır. Her iki yenilenebilir enerji kaynağı kullanılarak elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmiştir. Amortisman yıllara göre tespit edilerek bu bölge için rüzgâr ve güneş enerjisine dayalı sistemlere uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Bugün için rüzgâr ve güneş enerjisi yatırımlarının yüksek olmasına rağmen gelecek için enerji ihtiyacına yönelik talepleri destekleyecektir. Türkiye’nin sahip olduğu rüzgâr ve güneş enerjisi potansiyeli gelecek için önemli bir kaynak sağlayacağı vurgulanmıştır.

S.R. Park, A.K. Pandey, V.V. Tyagi, ve S.K. Tyagi tarafından 2013 yılında yapılan çalışmada [6]; Yenilenebilir enerji sistemlerinin enerji ve ekserji analiz yöntemleri ile incelenmesi ele alınmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının günlük yaşamda kullanılan uygulamalarda enerji ve termodinamiğin ikinci kanunu esas alınarak ekserji analizleri anlatılmıştır. Temel olarak Enerji ve ekserji analizleri arasındaki fark termodinamiğin birinci kanunu ve termodinamiğin ikinci kanunu ile kıyaslaması yapılmıştır. Yenilenebilir enerjinin temel kaynağı olan güneş enerjisi uygulamaları olarak güneş hava ısıtıcısı, güneş su ısıtıcısı, güneş yiyecek ısıtıcısı sistemlerinin enerji ve ekserji analizi yapılmış bunun yanında bir başka uygulaması olan fotovoltaik güneş sisteminin enerji ekserji değerlendirmesi yapılmıştır. Güneş enerjisi uygulamalarına ilave olarak biokütle yiyecek ısıtıcısının enerji ekserji analizi yapılmıştır. İki tip kolektör denenerek yapılan paralel çalışmalar

sonucunda düzlem yüzeyli kolektörde sabah ve öğlenden sonraki zamanlarda verimde düşmeler yapılan analizlerde saptanmıştır. Bu düşüşün nedeni araştırıldığında yüksek yansıma kayıpları ve düşük yoğunluktaki güneş ışınımından dolayı olduğu saptanmıştır. Fakat ikinci tip olarak seçilen silindirik kolektörde verim düşüşü daha az olmuştur. Biokütle enerji sistemi için enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Bu konuda yapılan çalışmada biokütle yüksek enerjili sıvı yakıta dönüştürülme işlemi yapılmıştır. Bu işlem Bio-Crude olarak adlandırılmaktadır. Ekserji verimi bu proseste verim %86 gibi yüksek bir değere ulaşmıştır.

Sağlam, Mustafa ve Uyar, Tanay Sıdkı tarafından2006 yılında yapılan çalışmada [7]; dalga enerjisini ve bu enerjinin Türkiye’debulunan teknik potansiyeli konu alınmıştır. Bu çalışmada dalga enerjisinin kullanıldığı takdirde bol ve denize kıyısı olan ülkelerden uygulanabileceği vurgulanmıştır. Deniz dalgasının enerjiye dönüşümünün genel bir grafik ile anlatılmıştır.Türk Kıyı Rüzgârları ve Derin Dalga Atlası değerlerinden yararlanarak ortalama dalga belirgin yüksekliği (H) ve dalganın periyodu (T) değerleri ile minimum enerji akışı için aylık ortalama, maksimum enerji akışı için aylık ortalamalarının kullanılması ile Türk kara sularının hazır yaklaşık azami ve asgari Dalga Enerji seviyeleri verilmiştir. Bunun yanı sıra bölgesel ortalama dalga yoğunlukları çıkartılmıştır. Bunları neticesinde denizleri yenilenebilir enerjisinin en yüksek, bol, kullanımı serbest, yaygın dev enerji depoları olduğu göz önünde bulundurulması gerektiği vurgulanmıştır. Örnek uygulama olarak belirlenen Kalkan açıkları için yapılan analizlerde 6,6 kW/m–7,6 kW/m değerleri arasında olduğunu göstermektedir. Dalga yüksekliği 1,21 metreye periyodu ise 6,09 saniyeye ulaştığı gözlemlenmiştir. Dalga enerjisi için en uygun yerleri İstanbul Boğazının kuzeyi ile Ege Denizinin güneybatı kıyıları açıkları olan Marmaris ve Finike arasında kalan bölge olduğu tespit edildiği söylenmiştir. Dalga enerjisi için bu bölgelerin tercih edilmesi gerektiği enerji kullanılabilirliği için uygun olacağı değerlendirilmiştir.

Türkiye’nin bütünü için yapılan merkezi enerji planlamasının yanında her bir bölge için temel olarak bölgesel planlamaların yapılması ve her iki planlamanın koordineli yürütülmesi gerektiği vurgulanmıştır. Toplum nüfusunun genel olarak deniz kenarlarında yoğunlaşmasına neden olduğu özellikle bu bölgelerde dalga enerjisi önemli bir değer olarak değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmıştır.

Satman, Abdurrahman tarafından Jeotermal Enerji Seminerinde sunulmak üzere yaptığı çalışmada [8]; Türkiye’de bu konu ile ilgili olarakyaklaşık 280bölgede jeotermal enerjininmevcut olduğu ve bunlar içinde 25’ yakın jeotermal bölge hali hazırda doğrudan amaçlı olarak veye elektrik üretiminde kullanıldığını belirtilmektedir. Belirlenmiş jeotermal bölgelerle alakalı olarak mevcut değerlerışığında hesaplanmış jeotermal kapasite değerleri verilmektedir. Türkiye’nin 0-3 km derinlik aralıklarında jeotermal kaynak potansiyeli ve hidrotermal bölgelerin varlıkları hakkında veriler sunulmaktadır. Türkiye için 0 – 3 km derinlik aralığında geçerli jeotermal kaynak potansiyeli bu çalışmada ve üniversiteler tarafından araştırılmakta olan jeotermal potansiyeli belirleme çalışmasına sonuçlarına dayanılarak 2.0x1023 J ile 3.7x1023 J arasında değişmekte olduğundan bahsedilmiştir. Türkiye için jeotermal ısı kaynağı hakkında bilgiler verilerek mevcut çalışmalar arasında kıyaslamalar yapılmıştır. Aynı zamanda bu çalışmada, Mıhçakan tarafından 2006 yılında geliştirilmiş olan Türkiye yer altı sıcaklık gradyanı dağılımı haritası kullanılarak Türkiye jeotermal potansiyeli tahmini çalışması gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar burada sunulmaktadır. Buradaki çalışmada jeotermal potansiyel tahmini yapılırken şimdiye kadar yapılan çalışmaların sonuçlarının birbirine çok yakın olduğu gözlemlenmektedir. Satman-Serpen-Korkmaz çalışması ile ilgili olarak Türkiye’de en ayrıntılı çalışmadır. Kapasite hesabı için çözüm yolları sunulmaktadır. Bununla birlikte yıllık olarak enerji kullanımı ifadeleri yer almaktadır. Genel sonuçlar için sıcaklığın 20 0_{C’nin üzerinde olması}

durumunda 276 alan ve oluşum için tanımlanmış hirotermal kapasite 3700 MWt olarak hesaplanmıştır. Bu değer çıkış sıcaklıklarının 40 0C, 60 0C ve 140

0_{C olması durumunda ise sırasıyla 2461, 1637 ve 385 MW}

t olarak

verilmektedir. Güç üretimine uygun sahalar, doğrudan kullanım için uygun sahalar ve değerlendirilmiş sonuç olarak Türkiye için tanımlanmış jeotermal kapasite 3700 MWt olmasına rağmen, bunun kullanılmakta olan ortalama

yıllık işletme kapasitesi yaklaşık 300 MWt ‘dir. 13 adet merkezi ısıtma

sisteminde, yaklaşık 240 MWt ‘ı sera ısıtmada ve kalanı kaplıca termal

turizmde olmak üzere toplam yaklaşık olarak 800 MWt kullanıldığı tahmin

edilmektedir. Hidrotermal sahalardan elektrik üretim potansiyeli, değişik varsayımlara bağlı olarak, en az 323 MWe ve en çok 3600 MWe olarak

tahmin edildiği belirtilmiştir.

Hepbaşlı, Arif tarafından 2006 yılında eksergetik analiz ve gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklarının değerlendirilmesi konulu çalışmada[9]; yenilenebilir enerji kaynakları için ekserji analizi ve değerlendirmesi ile birlikte gelecek için uygunluğu incelenmiştir. Ekserji ile sürdürülebilir gelişim arasında güçlü bir bağ olduğu vurgulanarakçalışmasında enerji ve ekserji modellenmesi ile genel ilişkileri açıklanmıştır. Çevresel problemlerin çözümünün başarılı olarak çözülmesi için yenilenebilir enerji kaynaklarını ortaya çıkartılmasının en etkili ne en verimli çözüm olduğu vurgulanmıştır. Ekserji analizi formüllerle ayrıntılı olarak gösterilerek, yenilenebilir enerji kaynakları için değerlendirmeler ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Kütle, enerji, entropi ve ekserji arasındaki denge formüller ile desteklenmiştir. Analiz yapılırken yenilenebilir enerji kaynakları için örnek uygulamalarla yapılan değerlendirmeler örneklenmiş bunlar için ekserji verimlilikleri sunulmuştur. Güneş enerjisi sıcak su ısıtıcısı için yapılan çalışmada verim %0,77 bulunmuş bunun arttırılmasına yönelik teklifler yapılmıştır. Ekseji analizinin sürdürülebilir gelişmişlik için ve performans değerlendirilmesinde çok verimli işlem olduğu vurgulanmıştır. Ekserji değerlendirmesi rüzgar enerji sistemlerinde enerji ve ekserji arasındaki ortalama farklılık düşük ve yüksek rüzgar hızlarında sırasıyla %40 ile %55 bulunmuştur. Bazı jeotermal sistemler için ekserji analizi ölü hal durumu ve değişik teknolojik sistemler için %16.3 ile %53.9 aralığında bulunmuştur.

Utlu, Zafer ve Hepbaşlı, Arif tarafından 2006 yılında yaptıkları Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji kullanım verimliliğini analizi konulu iki bölümde yayınlanan bir çalışmadır [10]. Birinci bölümde Enerji analiz metotları hakkında olmuştur. Birinci bölümde ki makalenin girişindeenerjinin ekonomi için en önemli bileşeni olduğu ve enerji politikalarının 1973 ve 1979’ da meydana gelen petrol krizi ile önemli değişiklikler olduğunu belirtmiştir. Enerji güvenliği, çevreye etkisi ve enerji sektöründeki rekabetin enerji politikalarının belirlenmesin üç temel başlık olduğunun altı çizilmiştir.

Meteryal ve metodlar kısmında enerji ve ekserji analizinin dayandığı temel esasların açıklamaları yapılmıştır. Bu konuda yapılan daha önceki çalışmalar başlıklar altında belirtilmiştir. Enerji analizi ile ilgili kullanılan bağlantılar bir tablo halinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Daha Türkiye’nin 2010 yılına ait verilerden elde edilen enerji kullanımı ve tüketimi ile yenilenebilir enerji kullanımı ve tüketimi tablo halinde verilmiştir. Bu tablo daha sonra yenilenebilir enerji kaynaklarının ve fosil enerji kaynakları için her bir enerji kaynağının üretim ve tüketim değerleri ayrı ayrı gösterilmek suretiyle ayrıntılı olarak sunulmuştur. Böylece herhangi bir fosil enerji kaynağı veya yenilenebilir enerji kaynağının enerji üretim ve tüketim değerlerine ulaşılabilmektedir.

Bu çalışmada Türkiye’ye örnek model olarak seçilmiştir. Enerji projeksiyon değerleri 2010 yılı için alınmıştır. Enerji kaynaklarına göre bu kaynakların kullanım yüzdeleri her bir enerji kaynağı için ayrıntılı olarak tablo halinde gösterilmiştir. Bu tablonun hazırlanması için kullanılan bağlantılar tablo haline getirilerek kolay ulaşılabilmesi sağlanmıştır. Enerji kullanım veriminin yenilenebilir enerji kaynakları için değerlendirilmesi bölümünde sektörel olarak ayrı ayrı enerji kaynaklarının incelemesi yapılmıştır. Yenilenebilir enerji ile yenilenebilir enerjininde dahil olduğu toplam enerji kullanımları yüzdeler halinde verilmiş ve aralarında kıyaslamalar yapılarak değerlendirmelerde bulunulmuştur.Çıkan değerin nedeni hakkında dağıtım ve

taşıma nedenlerinden dolayı oluşan kayıplara bağlanmıştır. Türkiye’nin enerji verimliliğinin için büyük bir potansiyele sahip olduğu ve bu potansiyelin kullanılmasıyla çevresel emisyon değerlerinin düşürülebileceği ve enerji arz güvenliğinin arttırılabileceği belirtilmiştir. Bu makalede belirtilen bilgiler ışığında yenilenebilir enerji kullanımının verimli ve etkin kullanılmasıyla Türkiye’nin enerji konusunda büyük gelişmeler sağlanabileceği konusu vurgulanmıştır.

Utlu, Zafer ve Hepbaşlı, Arif tarafından 2006 yapılan yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji kullanım verimi analizinin ikinci bölümü ekserji analizinin kapsamaktadır [11]. Başlangıçta ekserji ile ilgili temel tanımlar verilerek giriş yapılmış ve ekserji analizinin amaçları hakkında bilgiler verilmiştir ve ekserji analizinin amaçları hakkında bilgiler verilmiştir. İdeal proses ve gerçek proses arasındaki fark ekserjinin korunumu ile açıklanmıştır. Bu çalışmada konut, endüstri, kamu, ulaştırma ve tarım sektörlerinde kullanılan ekserji kullanım verimi tek tek gösterilmiştir. Bu makalede kullanılan metodolojinin uygulandığı örnek model Türkiye seçilmiştir. Ekserji ile ilgili bağlantılar tablo halinde ayrıntılı olarak verilmiştir. Ekserji veriminin enerji veriminden daha ziyade genel olarak sistemin performansını iyi bir şekilde anlamamıza yaradığı belirtilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının ekserji veriminin değerlendirildiği bölümde Türkiye’nin sektörleri ayrı ayrı incelenmiştir ve tablo halinde verilmiştir. 2010 yılı için yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyeli de tablo halinde verilmiştir. Enerji üretim ve tüketim değerleri tüm enerji kaynakları için yüzde değerleri hesaplanarakayrıntılı olarak makalenin bu bölümünde verilmiştir. Türkiye’deki alt sektörlerin ekserji kullanımı yüzdeleri her bir sektör için ayrı ayrı çıkartılmıştır. Bu makalede ulaşılan öngörülerden biri olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının birincil kullanımının daha da artacağıdır. Enerji kayıplarının en yüksek olduğu yerlerin sıralaması yapılarak enerji ve ekserji verimliliklerinin karşılaştırmalı tablosu sektörlere göre ayrıntılı olarak sunulmuştur. Bu çalışmada ekserji kullanımı enerji kullanımından daha kötü olduğu yani Türkiye’nin ekserji kullanımı verimliliğini geliştirmek için büyük bir

potansiyele sahip olduğu vurgulanmıştır. 2001 ile 2010 yılı değerleri karşılaştırılarak değerlendirmelerde bulunulmuşsonuç olarak ekserji veriminin iki kat artış olduğu tespit edilmiştir.

İKİNCİ BÖLÜM

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI 2.1. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ TANIMI

Yenilenebilir enerji birkaç şekilde tanımlayabiliriz. İlk tanımında doğal hayatta sürekli ve birbirini tamamlayacak biçimde ortaya çıkacak akımlardan elde edilecek enerjinin yenilenebilir enerji olduğu ifade edebiliriz. Diğer tanımında ise kullanıldıkça aynı miktarda kendini tamamlayan enerjidir diyebiliriz [12].

2.1.1. Yenilenebilir Enerjinin Önemi

Yenilenebilir enerjinin tarihsel süreç içindeki yolculuğu incelendiğinde, dönemsel gelişmelerin, yenilenebilir kaynakların kullanım seviyesindeki değişkenliğioldukça artırdığı görülmektedir. Özellikle, 18. yüzyılın sonlarına doğru başlayansanayileşme hareketi, yenilenebilir enerji için bir dönüm noktası olmuştur.

İçinde bulunduğumuz çağ, sanayileşme hareketinin hızla devam ettiği bir çağolmasına karşın, hareketin dayalı olduğu fosil enerji kaynakları, sistemin sürdürülebilirliğini hem insanlar hem de ekolojik yapı acısından artık mümkünkılmamaktadır. 1970’li yıllardan itibaren dünyada yaşanan ekonomik, siyasi veçevresel gelişmeler de bu durumu desteklemektedir. Bu açıdan, gelişmeleri anahatları ile incelemek, yenilenebilir enerjinin neden tekrar gündemde olduğununanlaşılmasında yararlı olacaktır.

2.1.2. Küresel İklim Değişikliği ve Çevresel Etkiler

Yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini artıran öğelerin basında,toplumların taşıdığı çevresel kaygılar gelmektedir. Küresel ısınma, iklim değişikliği,atmosfer kirliliği veya sera etkisi gibi değişik kelimelerle adlandırılabilecek bukaygıların temelinde, büyük miktarlarda kullanılan fosil

yakıtların atmosferebıraktıkları zararlı gazların artması yatmaktadır. Bunlardan küresel ısınma, yeryüzüsıcaklığının bu gazlar dolayısıyla (her 10 yılda 0,3 0C) artması anlamına gelmektedir.Bu gazlar arasında en önemli olanı ise karbondioksit gazıdır.

Ortaya çıkan bu tehlikenin farkında olan Birleşmiş Milletler, konuya ilişkin ilk ciddiadımı hazırladığı“İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi” ile atmıştır. Sözleşme,1992 yılında, Brezilya’nın Rio şehrinde düzenlenen Çevre ve KalkınmaKonferansı’nda, 154 devlet başkanları ve üst düzey temsilcileri tarafındanimzalanarak 1994’te yürürlüğe girmiştir. Sözleşmenin “Yükümlülükler” kısmında yeralan 2. maddesi ise, imza sahibi ülkelere, 2000 yılı basında sera gazı salınımlarının1990 yılı seviyelerine indirilmesi yükümlülüğünü getirmiştir [13].

2.2. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ÇEŞİTLERİ 2.2.1 Rüzgâr Enerjisi

Yenilenebilir enerji kaynaklarından ilk olarak rüzgâr enerjisini ele alacağız. Rüzgârenerjisinden tarih boyunca, gemilerin hareket ettirilmesinden yel değirmenlerininkullanılmasına kadar çeşitli şekillerde yararlanılmıştır.Günümüzdeküresel elektrik tüketimindeki hızlı artışın karşılanabilmesinde rüzgâr enerjisi önemli bir seçenekolarak sunulmaktadır [13].

2.2.1.1. Rüzgâr Enerjisine İlişkin Genel Açıklama

Genel olarak rüzgâr; Güneş ısınlarının, Dünya’nın değişken olanyüzeyinin farklı bölgelerde farklıısıtması sonucu oluşan hava hareketleri olaraktanımlanmaktadır. Güneş ışınları, Dünya’yı doğrudan ısıtmak yerine, öncelikleyeryüzüne ulaşarak yüzey katmanlarınıısıtmakta; bu katmanlardan atmosfere geriyansıyan ısınlar ise havanın ısınmasına neden olmaktadır. Yeryüzü homojen bir yapıya sahip olmadığından (kara, deniz, çöl, orman, vb.) dolayı, absorbe edilen enerji miktarıkonum ve zamana göre

değişmektedir. Bu durum, atmosfer basıncı, sıcaklığı veyoğunluğunda farklılıklar yaratmakta; ortaya çıkan kuvvetler sonucunda, hava biryerden diğer bir yere doğru hareket ederek “rüzgâr” denilen meteoroloji olayınıngerçekleşmesini sağlamaktadır.

Rüzgâr enerjisi ise; hareket halindeki havanın sahip olduğu enerjiyi (hareketenerjisi) ifade etmektedir. Rüzgâr enerjisi, Güneş’ten gelen enerjinin sadece %1’ini kullanmasına karşın ortaya çıkan enerji miktarı, dünyadaki tüm bitkilerin biyokütle enerjisine dönüşmüş olması durumunda ortaya çıkabilecek enerjimiktarından 50-100 kat daha fazla olmaktadır. Rüzgâr enerjisinden elde edilebilecekbu gücün, kullanılan teknolojiye bağlı olarak gelecek yıllarda daha da artması beklenmektedir [13].

2.2.1.2 Rüzgâr Enerjisi Teknolojileri

Rüzgâr enerjisinden, mekanik enerji ve elektrik enerjisi olmak üzere iki temelbicimde yararlanılmaktadır. “Klasik teknoloji” olarak da değerlendirilebilecekmekanik uygulamalarda, rüzgar enerjisi mekanik enerjiye çevrilmektedir. Milattanönceki yıllardan günümüze kadar, ev ve çiftliklerde hayvanların su gereksinimininsağlanması, arazilerin kurutulması, su pompalanması ile çeşitli ürünlerin kesim,bicim ve öğütme gibi işlemlerinde mekanik teknoloji kullanılmıştır.21. yüzyılda, rüzgâr enerjisi teknolojisi olarak ifade edilen çalışmalar, genelolarak elektrik enerjisi üretmek amacıyla gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle, rüzgârenerjisinden elektrik elde edilmesini, “çağdaş teknoloji” uygulamaları olarakdeğerlendirmek mümkündür.Rüzgâr türbinleri (wind turbines), bu teknoloji içindeki temel yapıyıoluşturmakta olup, havanın hareket enerjisini mekanik enerjiye dönüştürensistemlerdir. Ancak, rüzgâr türbinleriyle ilgili tanımlamalar, değişikkaynaklarda birbirleriyle çelişmektedir. Bu konudaki en genel tanımlamaya göre;pervane kanatları, pervane göbeği ve pervane milinden oluşan sisteme türbin denilmektedir [13].

2.2.1.3. Dünya Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli ve Kullanımı

Dünyada birçok ülke, kurum veya kuruluş, rüzgâr enerjisi potansiyelindenyararlanmaya yönelik araştırma ve yatırımlar yapmaktadır. Bu alanda geliştirilensistemler ise, söz konusu uygulamalardan olumlu sonuçlar alınmasını ve rüzgârenerjisi kullanımında ekonomik ölçütlerin yerine getirilmesini sağlamaktadır [13].

2.2.1.4. Dünya Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli

Dünya rüzgâr enerjisi potansiyeliyle ilgili olarak yerli ve yabancıçalışmalarda farklı rakamlara yer verilmektedir. Bu rakamların farklı oluşu, genelolarak rüzgâr potansiyeli kavramının değişik anlamlarda kullanılmasındankaynaklanmaktadır. Bununla ilgili temel kavramlar ve bu kavramların anlamları şu şekildedir:

Meteorolojik (Kuramsal) Potansiyel: Mevcut rüzgâr kaynağına karşılıkgelen potansiyeli ifade etmektedir.

Teknik Potansiyel: Mevcut teknoloji göz önüne alınarak (türbin gücü, türbinboyutları, türbin verimi vb.) hesaplanan potansiyeldir.

Ekonomik Potansiyel: Ekonomik olarak gerçekleştirilebilecek teknikpotansiyeldir.

Rüzgâr potansiyelinin belirlenmesi konusunda yapılan çalışmalar ise, ağırlıklıolarak teknik potansiyel ve ekonomik potansiyel açısından değerlendirilmektedir.

Bu alanda yapılan en önemli araştırmalardan biri 1993 yılında, M. Grubb veN. Meyer tarafından gerçekleştirilmiştir. Grubb ve Meyer, dünyanın rüzgâr enerjisiteknik potansiyelini, yaklaşık 53.000 TWh/yıl olarak öngörmüşlerdir. Ancak bu hesaplamada, belirli teknik özelliklere sahip ve sadece karada kurulu (onshore)rüzgâr enerji tesisleri temel alınmıştır [13].

2.2.2. Güneş Enerjisi

Güneş, yaydığı yüksek miktardaki ısı ve ışık enerjisi yoluyla, Dünyamızın hem ısınması hem de aydınlanmasında çok önemli bir işlevesahiptir. İnsanoğlu, Güneş’in bu özelliklerinden yararlanmakta gecikmiş olsa da,yürütülen çalışmalar gelecek için umut verici niteliktedir.

Güneş, 1,39 milyon km çapında ve Dünya’ya yaklaşık 150 milyon kmuzaklıkta olan, sıcak gazlardan (% 95 oranında hidrojen) meydana gelmiş birkütledir. Güneş enerjisi, Güneş’in çekirdeğinde yer alan ve hidrojen gazını helyumadönüştüren füzyon (parçalanma) tepkimesi sonucunda ortaya çıkan çok güçlü birenerji kaynağıdır. Bu tepkimede açığa çıkan enerji, ısınma yoluyla uzayayayılmaktadır. Bu enerjinin Dünya’ya gelen küçük bir bölümü, insanlığın bütünenerji gereksinimini fazlasıyla karşılayabilecek miktardadır.

Buna göre, Güneş ışınlarının yaklaşık % 30’u yansımalar nedeniyle atmosferegirmeden uzaya geri dönmektedir. Isınların geriye kalan % 70’i ise, atmosfertarafından alınarak tekrar uzayın derinliklerine doğru uzun dalga boylu ışınımlarhalinde yayılmaktadır. Yeryüzü, hayatın devam etmesine yetecek kadar ışınımıdengeli bir şekilde sürekli almakta ve yansıtmaktadır.

Yapılan ölçümlere göre; Güneş’ten Dünya’ya gelen ışınların yarattığı enerji, metrekare başına ortalama 1,35 kW; 10 metrekare alandan elde edilen güneş enerjisiise 1 kW olmaktadır. Bu hesapla, Dünya’ya gelen Güneş ışınlarının bir yıldayarattığı enerjinin, bilinen kömür rezervlerinden elde edilecek enerjinin yaklaşık 50katı olduğu sonucu ortaya çıkmaktadır.

Bununla birlikte, Güneş ışınlarının Dünya’ya ulaşması, coğrafi, mevsimsel vegünlük etkilere bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bu kısıtlar, Güneş enerjisine aralıklı, değişken, dağınık ve düşük yoğunluklu gibi temel nitelikler kazandırırken,çok büyük bir enerji kaynağı olma özelliğini ise değiştirmemektedir [13].

2.2.2.1. Güneş Enerjisi Teknolojileri

Güneş’ten yararlanarakenerjisini kullanılabilir hale getirmek için, Güneş’in atmosferin içine gönderdiğiışıkla birlikte ısının insanların gereksinimiolan elektrik ve ısı enerjileriyle birleştirmekle mümkün olmaktadır. Bunu gerçekleştirirken, Güneş’in yaydığıısınların çeşitli yansıtma teknikleriyle bir nokta veya çizgiye odaklanmasıgerekmektedir. Bir toplayıcı (kolektör) yardımıyla yapılan işlemde enerji kaynağıodaklanmakta ve böylece 3.000

o

C’ye kadar bir sıcaklığa ulaşılabilmektedir.

Temel olarak bu yaklaşımla değerlendirilen güneş enerjisinden, son 30 yıldırgerek doğrudan gerekse dolaylı elektrik enerjisi üretimi, sıcak su elde edilmesi, alan(hacim) ısıtma ve soğutma, sanayi kuruluşları için ısı enerjisi ve seraların ısıtılmasıgibi birçok konuda yararlanılmaktadır. Çalışmamın bu bölümünde, güneş enerjisiteknolojileri; “ısı teknolojisi” ve “elektrik teknolojisi” olmak üzere iki ana başlıktaaltında ele alınacaktır [13].

2.2.2.2. Güneş Enerjisi Isı Teknolojisi

Güneş enerjisi ısı teknolojisinin temel işleyişinde öncelikle ısı enerjisi eldeedilmekte; ardından bu ısı, doğrudan veya dolaylı olarak elektrik enerjisi üretimindekullanılabilmektedir. Isı sistemleri; erişilebilen sıcaklık dereceleri ve kullanılantoplama yöntemleri açısından birbirinden farklılık göstermektedir.Bunlardan düzlemsel güneş toplayıcıları; güneş enerjisini ısıolarak toplayan ve bu enerjiyi su veya hava gibi bir akışkana ısı olarak aktaransistemler olup; genel olarak, konut ve is yerlerinde sıcak su elde etmek amacıylakullanılmaktadır. Bu sistemlerde ulaşılan sıcaklık ise, yaklaşık 65-70oC düzeyindeolmaktadır. Bu tip toplayıcılar, basit yapıları ve düşük maliyetleri nedeniyle diğertoplayıcı tiplerine göre daha fazla tercih edilmektedir.

Dünyada kurulu olan çoğunluğu sıcak su elde edilendüzlemsel güneş toplayıcılarının kapsadıkları alanın 94 milyon m2’yedeğerlendirilmektedir. Bu

konuda en fazla toplayıcıya sahip olan ülkeler sırasıyla Çin (%55), Japonya (%13),AB ülkeleri (%13) ve Türkiye (%10) gelmektedir.

Güneş enerjisinin düşük sıcaklıkta ısı yoluyla kullanıma dönüştürülmesine bir başka yolda güneş havuzlarıdır. Bu toplayıcılar, büyük çapta enerji toplamakapasitesine sahip olduğundan merkezi sistemler için uygun olmaktadır [13].

Şekil 1:Farklı Tipteki Güneş Enerjisi Isı ve Elektrik Sistemleri [25]. Ortalama 5-6 metre derinlikteki suyla dolu havuzun siyah renkli zemini, Güneş ısısıyla, ortalama 70-80o

C sıcaklıkta sıcak su elde edilmesinisağlanabilmektedir. Havuzda kullanılan tuz karışımı, yüksek sıcaklığın, havuzun alttarafına doğru yönelmesine olanak vermekte; böylece ısı, alt tarafta kurulu sistemyardımıyla merkez sisteme aktarılabilmektedir. Dünyada güneş havuzları ile ilgili enönemli çalışmalar İsrail’de yürütülmektedir

Bu alanda geliştirilen bir başka ısı sistemi de güneş ocakları olmaktadır.Güneş ocakları, çanak veya kutu şeklinde, içi yansıtıcı maddelerle kaplanmışsistemler olup, odak noktasında ısı enerjisi toplanarak yemek pişirilebilmektedir. Buyöntem, Hindistan ve Çin ile Afrika’nın bazı ülkelerinde yaygın olarakkullanılmaktadır.

Güneş enerjisiyle çalışan su arıtma sistemleri, asıl olarak derin olmayan birhavuzdan oluşmaktadır. Havuzun üzerine eğimli, hafif ve saydam cam yüzeylerkapatılmaktadır. Havuzda buharlaşan su ise, bu kapaklar üzerinde yoğunlaşaraktoplanmaktadır. Bu tür sistemler, temiz su kaynağının bulunmadığı bazı yerleşimyerlerinde yıllardır kullanılmaktadır.

Güneş enerjisinin düşük sıcaklıktaki uygulamalarından bazıları da konut vesera ısıtma ile ürün kurutma uygulamalarında kullanılmaktadır. Burada belirtilen,aktif sistemlerin dışındaki pasif ısıtma sistemleridir. Çok çeşitli biçimleri olan busistemlerin uygulanması oldukça basittir.

Dünyada gittikçe yaygınlaşan sıfır veya düşük karbon salınımlı yapıuygulamalarını, güneş enerjisinin pasif olarak kullanımına örnek vermekmümkündür. Bunun için yerleşim alanlarının ve yapıların güneş mimarisine uygunolarak tasarlanması gerekmektedir. Böylece binaların ısı tutma kapasitesi kış mevsiminde artarken, yaz aylarında da düşmektedir.

Pasif sistemle yapıısıtmada çeşitli mimari özelliklerden ve inşaatbileşenlerinden yararlanılarak hacim ısıtması yapılmaktadır. Burada güneş toplayıcı, yapının ayrılmaz bir parçası olmaktadır. Güneş’ten kazanılan enerji havayaaktarılarak, doğal veya doğal olmayan ısı yayımı (konveksiyon) akımıyla yapıyadağıtılmaktadır. Aktif ısıtma sisteminde ise toplayıcı, akışkan taşıyıcı hatlar,akışkan dolanım sistemi, ısı deposu, ısıtıcı elemanlar, ısı pompası ve kontrol ünitesigibi ısıtma donanımları yer almaktadır. Aktif sistemler yüksek maliyetli oluşunakarşın, pasif sistemler düşük maliyetli ve kolay uygulanabilir bir sistem olarak önplana çıkmaktadır.

Ürün kurutma ve sera ısıtma uygulamaları ise güneş enerjisinin tarımalanındaki uygulamalarıdır. Bu tür sistemler pasif sistem olabileceği gibi havahareketini sağlayan aktif bileşenler de içerebilmektedir. Güneş enerjisi ısı sistemlerinden bir diğeri de güneşli soğutuculardır. Aktifve pasif sistemlerin olduğu güneşli soğutucuların kullanımı, özellikle iklimlendirmeve soğutma sistemlerinde yaşanan gelişmeler doğrultusunda önemli bir ilerlemegöstermektedir.Güneş enerjisinin en yüksek olduğu mevsimlerde daha fazla gereksinimduyulan bu tip sistemler, çevrenin korunması ve enerji tasarrufu konularında da katkısağlamaktadır. Ancak, ticari kullanımı, yapısının karmaşık olması nedeniyle ısıtmasistemlerine göre daha düşük seviyededir. Genelde yiyeceklerin saklanması için dondurucular ve binasoğutma gibi uygulama alanları bulunan güneşe dayalı soğutma sistemlerinin;Amsterdam, Barcelona, Lisbon ve Stockholm gibi gelişmiş Avrupa kentlerindekullanımı hızla yaygınlaşmaktadır.İfade edilen tüm bu sistemler, düşük sıcaklıktaki (100o

C’den az) güneşenerjisi üretiminde kullanılmaktadır. Bunların dışında, orta (100o

C -350oC) ve yüksek(350oC’den fazla) sıcaklıktaki güneş enerjisi ısı uygulamalarında; Silindirik paraboliksistemler, çanak/motor sistemleri, güneş bacası ve merkezi alıcı(güneş güç kuleleri-heliostatlar) gibi sistemler kullanılmaktadır. Bu sistemlerdenağırlıklı olarak, ısı enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde yararlanılmaktadır [13].

2.2.2.3. Güneş Enerjisi Elektrik Teknolojisi

Bir önceki bölümde ifade edilen ısı yoluyla elektrik enerjisi üretimteknolojisi, güneş enerjisinden dolaylı olarak elektrik üreten sistemlerde kullanılıp;güneş pili (fotovoltaik-PV) teknolojisinden ise, doğrudan elektrik üretiminisağlayan sistemlerde yararlanılmaktadır.

Yapısal olarak güneş pillerinin tanımını yüzeylerine gelen Güneş ısınlarını doğrudanelektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir olarak yapabiliriz. Yüze olarak kare, dikdörtgenveya daire şeklinde olabilen güneş pillerinin alanı 100 cm2

Çalışma sistemi fotovoltaik çalışma prensibinedayanmaktadır.Böylece güneş pillerinin üzerine ışık düştüğündeher bir uçtaelektrik geriliminin oluşmakta ve elektrik enerjisinin oluşması bu şekilde olmaktadır.

Güneş pillerinden elde edilecek verimlilik ise kullanılan ham maddeye bağlıolarak değişmektedir. Güneş pillerinin piyasaya ilk çıkısından günümüze kadargecen yaklaşık 40 yıllık zaman diliminde, teknolojik olarak önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Söz konusu dönemde üretilmiş ve çeşitli kullanım alanları bularakticari ortama girmiş olan güneş pili sistemlerinden başlıcaları; tek kristalli, çokkristalli veya amorf yapıda olan; Si (silicon), GaAs (gallium arsenide), CIS (indiumdiselenide) ve CdTe (cadmium telloride) gibi kimyasal maddelerden üretilen sistemlerdir. Bu sistemlerde ortalama verimlilik oranı % 5 ile % 30 arasındadeğişmektedir. Son yıllarda, laboratuvarlarda geliştirilmiş olan çok katlı(TANDEM) güneş pilleriyle % 33 oranında verimlilik sağlanırken, kuramsal olarak %40 düzeyinde bir verimlilik seviyesine ulaşılması beklenmektedir [13].

Güneş pillerinin kullanım alanları ise, kurulan sistemin şebekeden bağımsızolup olmamasına göre değişmektedir. Şebekeden bağımsız kullanım alanları bina içi ve dışı aydınlatmalarının yanı sıraçevrelerinde yerleşim alanının bulunmadığı bölgelerde bulunan yangın gözlem istasyonları, ormangözetleme kuleleri, deniz fenerleri, telefon iletişim sistemleri, elektrik şebekesinin ulaşmadığı kırsal yörelerdeki elektrikgereksiniminin karşılanması, tarımsal amaçlı sulama, park, bahçe, otoyolaydınlatması ve trafik sinyalizasyonu gibi alanlar kullanılmaktadır.

Güneş pillerinin şebekeye bağlanması sonucunda elde edilen enerjigünümüzde oldukça önemli boyutlara ulaşmıştır. Binlerce güneş pilinin birbirinebağlanması ile oluşturulan tesisler, şebekelerin 2 MW seviyesine kadar elektrikenerjisi üretmesini sağlamaktadır.

Sonuç olarak; güneş enerjisi ısı (doğrudan ısı ve dolaylı elektrik) ve elektrikteknolojileri, basit ve düşük maliyetli sistemlerden, karmaşık ve yüksek maliyetlisistemlere kadar uzanmakta olan geniş bir ürün yelpazesinde uygulanmaktadır. Güneş’in tüm bu ürünlerin ana maddesi olduğu dikkate alındığında, önemli bir enerjipotansiyelinden daha fazla yararlanmak için mevcut kullanım alanları kadarkullanım seviyesinin de yaygınlaşması gerekmektedir [13].

2.2.3. Hidrolik Enerji

Suyun mevcut potansiyel enerjisinin geliştirilen sistemlerle kinetik enerjiye dönüştürülmesiyleelde edilenenerjiye hidrolik enerji denilmektedir. Belli bir seviyede tutulan suyun kanallar yardımıyla daha düşük seviyeye indirilmesiyle açığa çıkan kinetik enerjinin türbinlerindönmesini sağlamasıyla elektrik enerjisi elde edilmektedir. Hidrolik enerjinin varlığı akarsu ve nehirlere dolayısıyla yağışlarabağlıdır. Bundan dolayı, hidrolik enerji, iklim şartlarındaki değişimlerden etkilenen bir enerji türüdür.Bunun yanında hidroelektrik santraller, diğer enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında en düşük işletme maliyetine, enuzun işletme ömrüne ve en yüksek verime sahiptir.

2.2.3.1. Dünyadaki Hidroelektrik Enerji Potansiyeli

Dünyada hali hazırda kullanılmayı bekleyen keşfedilmemiş büyük potansiyel bulunmaktadır. Avrupa ve Kuzey Amerika’da uygun hidroelektrik alanların büyük çoğunluğukullanıma geçirilmesinerağmen, gelişmekte olan ülkelerde mevcut önemli hidroelektrik potansiyel hala kullanıma başlanmamıştır.

2.2.3.2. Türkiye’de Hidroelektrik Enerjinin Tarihsel Gelişimi

Anadolu topraklarındasuyun sahip olduğu enerjiden ilk olarak Hititler zamanında kullanılmıştır. MÖ 1300 yılında kullanılan baraj bu dönemde inşa edilmiştir.Daha sonra suyun bu gücünden faydalanan Urartular tarafından MÖ. 1000 yılındaVan ilimizde iki önemli hidrolik inşa etmiştir. Günümüzde hala bu sistemin bazı bölümleri kullanılmaktadır.Bir başka barajı olan Dara

barajı Mardin ili yakınlarında altıncı yüzyılda kurulmuştur.Bu baraj dünyadakiilk ince kemer tipli baraj olama özelliğiyle de ayrı bir öneme sahiptir. Osmanlılar zamanında ise suyun sahip olduğu potansiyel enerji etkin bir şekilde kullanılmıştır. İstanbul’da inşa edilen sutaşıma sistemlerinin ve barajların bazıları hala kullanımdadır. 1923 yılında Türkiye Cumhuriyeti’ninkuruluşundan sonraAnkara için içmesuyu temini amacıyla 1930 ve 1936 yılları arasında yapılmış olan Çubuk-1 barajı kullanıma açılmıştır. İlk hidroelektrik üretim Cumhuriyet öncesi dönemde tarihler 1902 yılını gösterdiğinde Tarsus’ta küçük ölçekli hidroelektrik santral ile başlamıştır. Daha büyükkapasiteli santral ise 1913 yılında İstanbul’da inşa edilmiştir.Hidroelektrik enerji ileçalışan aydınlatma ve elektrik şebekesi ilk kez Ödemiş’te 1933 yılında kurulmuştur. Türkiye Cumhuriyeti ilk kurulduğu dönemdeki toplamkurulu kapasitesi 29.66 MW ve bu dönemdeki yıllık üretimi miktarı 45 GWh seviyesinde kalmaktaydı.Bu dönemlerde İstanbul, Adapazarı ve Tarsus’ta elektrik enerjisi elde edilebilmekteydi. Modern Türkiye’nin barajları, yalnızca sulama ve hidroelektrik üretimi için değil aynı zamanda şehirlerdeki nüfusuniçme suyunu da karşılamaktadır [14].

Tablo 1: Dünyanın hidroelektrik enerji potansiyeli [26] Bölge Brüt Hidroelektrik Enerji Potansiyeli (GWh/yıl) Teknik Hidroelektrik Enerji Potansiyeli (GWh/yıl) Teknik ve Ekonomik Hidroelektrik Enerji Potansiyeli (GWh/yıl) Afrika 4.000.000 1.665.000 1.000.000 Asya 19.000.000 6.800.000 3.600.000 Avustralya /Okyanusya 600.000 270.000 105.000 Avrupa 3.150.000 1.225.000 800.000 Kuzey ve Orta Amerika 6.000.000 1.500.000 1.100.000 Güney Amerika 7.400.000 2.600.000 2.300.000 Dünya 40.150.000 14.060.000 8.905.000 Türkiye 433.000 216.000 127.820 Türkiye/Dünya (%) 1,07 1,54 1,84

2.2.3.3. Tanımlanması ve Sınıflandırılması

Çevrim ünitesi bir veya daha çok ise ve jeneratörlerin toplam kurulu gücü 10 MW’tanküçük olan santrallere küçük hidroelektriksantraller denilmektedir. Bu özelliğe sahip hidroelektrik santralleri sınıflandırması değişik kıstaslara göre yapmak mümkündür. Ülkelere göre özellikler farklı olması dolayısıyla farklı sınıflandırma sistemlerikullanılmaktadır.

Sınıflandırmada şu kıstaslar göz önüne alınabilir. • Su ekonomisine göre sınıflandırma • Enerji ekonomisinegöre sınıflandırma • Teknik özellikler yönünden sınıflandırma • Topoğrafik durular yönünden sınıflandırma

Küçük hidroelektrik santrallerin sınıflandırması çeşitli ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de santralinkurulu gücüne göre yapılmaktadır. Türkiye’de sınıflandırma sistemi olarak Birleşmiş Milletler Endüstriyi Geliştirme Organizasyonu (United Nations Industrial DevelopmentOrganization, UNİDO)’nunbelirlediği değerler kabul edilmiştir. Buna göre;

• 100 kW gücü altı mikro,

• 101-1000 kW güçleri arasında mini,

• 1001-10000 kW güçleri arasında küçük hidroelektrik santraller olarak kabul edilmiştir [14].

2.2.3.4. Olumlu ve Olumsuz Yönleri

Küçük hidroelektrik santraller mevcut şebekeyi besleyen büyük hidroelektrik santrallerin bir alternatifi değil tamamlayıcılarıdır. Türkiye açısından bu santrallerin üstünlüklerinive zayıf yönlerini aşağıdaki gibidir. Faydalı Yönleri:

• Ulaşımı veana sistemden beslenmesinde zorluklar bulunan kırsal bölgelerin enerji ihtiyacını karşılar.

• Küçük hidroelektrik santrallerin türbin-jeneratör gruplarının tipleştirilerek standart hale getirilmelerikolaydır, bu durum mekanik ekipmanı ucuzlatır.

• Bakım ve işletme sorunları en aza inecektir. Türbin-jeneratör ve transformatörün bir blok halindeve otomatik işler şekilde yapılmasıyla aynı bölgedeki çok sayıda santral bir tek teknisyentarafından kontrol edilebilecektir. Bunun sonucu olarak işletme maliyeti azalacaktır.

• Yakıtlı santrallere göre enerji üretimi işletme maliyeti düşüktür ve işletme sürecinde karbonsalınımı yapmaz.

• Küçük hidroelektrik santrallerde üretilen enerji genellikle bölgede kullanıldığı için uzun iletimşebekelerine ihtiyaç duyulmaz. Bu durum büyük oranda enerji kayıplarını engellemektedir.

• Su türbinleri yapımı ile ilgili endüstri kurma çalışmaları günümüzde son aşamaya ulaşmıştır.Mini, mikro ve hatta küçük hidroelektrik tesislerin mekanik aksamının tümü kendi endüstriyeltesislerimizde imal edilebilir. Küçük kapasiteli ünitelerin imal edilmesi, bu konuda bilgi birikiminiarttırır ve yakın bir gelecekte daha büyük kapasiteli ünitelerin imalatlarının yerli endüstri ile yapılması sağlar.

• Bakımları kolay, ucuz ve hizmet süreleri ise uzundur.

Zayıf Yönleri:

• Sel kontrolü, içme ve kullanma suyu sağlamak gibi ek işlevleri yoktur.

• Üretilen kWh enerji başına etütler için yapılan harcama masrafları fazladır.

• 1kW kurulu güç için gerekli yatırım maliyeti büyük santrallerden yüksektir.

• Küçük hidroelektrik santrallerin işletme giderleri büyük santrallere göre fazladır. Ancak türbin,jeneratör ve transformatörde standardizasyona gidilmesi, üretilen kWh enerji başına işletme ve personel maliyetlerini azaltacaktır.

• Ülkemizde bu konuda yetişmiş teknik eleman sıkıntısı vardır. Bu da uygulamalarda çevresel veekonomik açıdan problemler ortaya çıkarmaktadır.

• Depolama özellikleri olmadığından enerji üretimi akıma bağlıdır. Bu sebepten dolayı küçükhidroelektrik santrallerin verimleri düşüktür. • Üretimin devamı sistemin teknolojik özelliklerine bakım ve işletme

politikalarına bağlıdır.

• Akarsudaki su rejimini azaltmakta, akarsu çevresindeki fauna, flora ve dolayısıyla insan yaşamıolumsuz etkilemektedir.

• İnşaat aşamasında, akarsu yatağı ve çevresinde birçok sorunlarla karşılaşılır [14].

2.2.4. Biyokütle Enerjisi

Biyokütle enerji kaynağı ana bileşenleri karbo-hidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tüm maddelerdir.Biyokütle enerjisi ise bu kaynaklardan üretilen enerji olarak tanımlanmaktadır. Yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yoluyla doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürerek depolanması sonucu bitkisel biyokütle oluşmaktadır. Fotosentez yoluyla enerji içeriği yaklaşık olarak 3x1021 J/yıl olan organik madde oluşmaktadır. Buda dünya enerji tüketiminin 10 katıdaha yüksek enerjiye karşılık gelmektedir [10].

Biyokütle enerji teknolojisi kapsamındaolan odun (enerji ormanları, ağaç artıkları), yağlı tohum bitkileri (ayçiçek, kolza, soya, aspir, pamuk, v.b), karbo-hidrat bitkileri (patates, buğday, mısır, pancar, v.b), elyaf bitkileri (keten, kenaf, kenevir, sorgum,vb.), bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök, kabuk v.b), hayvansal atıklar ile şehirsel ve endüstriyel atıklar değerlendirilmektedir. Fiziksel süreçler (boyut küçültme-kırma ve öğütme, kurutma, filtrasyon, ekstraksiyon ve biriketleme) ve dönüşüm süreçleri (biyokimyasal ve termokimyasal süreçler) ile biyokütleden pek çok sıvı, katı veya gaz biyoyakıt elde edilmektedir [10].